Морское бурение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Кафедра бурения скважин

Реферат

По дисциплине: История развития нефтегазового бурения

Тема: Морское бурение

Автор:

Лысенко И.К.

Санкт-Петербург

Содержание

Введение

1. История развития морского бурения

2. Типы морских буровых установок

3. Бурение на нефть и газ в арктических условиях

4. Условия бурения на море

5. Аварии на платформах

Заключение

Введение

Морское бурение (а. off-shore drilling; н. Meeresbohren, Offshorebohren; ф. forage en mer, forage off-shore; и. perforacion maritima, sondeo maritimo, perforacion de mar) -- разновидность буровых работ, выполняемых на акваториях Мирового океана и внутренних морей с целью поиска, разведки и разработки нефти, газа и других полезных ископаемых, а также инженерно-геологических изысканий и научных исследований.

Запасы углеводородов на суше представляют лишь малую часть всех запасов, скрытых в недрах земли. Большую часть разведанных запасов составляют запасы, скрытые в акваториях морей и океанов. Поэтому, предположительно еще огромное количество ресурсов предстоит найти. И учитывая актуальность разведки и эксплуатации месторождений углеводородов в наше время, они будут разведаны.

Но в данный момент сделать это не позволяет недостаточный уровень развития технологий. Поэтому данная сфера также толкает вперед и все остальные науки в процессе своего развития.

бурение нефть газ скважина

1. История развития морского бурения

Морское бурение долгое время развивалось невысокими темпами. Этому способствовали наличие достаточного количества месторождений на суше и простота их разработки и эксплуатации в сравнении с морскими месторождениями. Так, несмотря на то, что первое бурение на море было проведено еще в 1897 году, в нашей стране первая морская скважина была пробурена в 1925 году, в бухте Ильича.

Способов добраться до природных богатств, отдаленных от суши существует несколько. Нехитрыми решениями являются постройка буровой вышки на сваях, забитых на мелководье или «продление» берега. Так, в районе Баку была засыпана Биби-Эйбатская бухта в 1926 году, и на ее месте создан нефтяной промысел. Еще один подобный нереализованный проект был предложен после обнаружения в Северном море больших залежей нефти и газа более полувека назад. Он предполагал постройку двух дамб - через пролив Ла-Манш в районе Дувра и между Данией и Шотландией, - благодаря которым появилась бы возможность откачать воду с огромного участка мелководного Северного моря.

Первая в СССР скважина в открытом море была пробурена в 1949 году в Каспийском море. Там же позже началось строительство города «Нефтяные Камни» на стальных сваях.

Но, несмотря на эту прежнюю неспешность в разработке морских месторождений, с 1950-х годов Объем добычи нефти и газа на морских месторождениях в объеме мировой добычи этих полезных ископаемых постоянно увеличивался. В 1960 г. Он составил -14,7% (103 млн. т), в 1970 г. - 14,7% (343 млн.т), а в 1975 г. - 17% (440 млн.т), сейчас он составляет более 30%. Если в середине 50-х годов подводную разведку на нефть вели лишь пять фирм в четырех странах, то в конце 60-х это было уже несколько сотен фирм в 75 странах мира. К этому времени уже 30 стран осуществляли добычу нефти и газа на морских месторождениях. Было пробурено около 10000 скважин в прибрежных районах при глубине вод до 100 м. И только за вторую половину 60-х годов объем добычи нефти на морских месторождениях вырос в 3,5 раза.

В 70-х годах подводная разведка на нефть и газ значительно активизировалась, особенно в северных морях, что обусловлено в первую очередь возросшими техническими возможностями и большими перспективами нефтегазоносности этих районов. После открытия перспективных месторождений нефти и газа в Северном море, началась разведка в других районах шельфа Европейского континента. Большие надежды возлагались на Индийский океан, считалось, что рядом с северо-западным побережьем Австралии залегает одно из крупнейших в мире месторождений природного газа.

Для добычи нефти и газа на морском месторождении обычно используют несколько объектов. В них входят:

- Буровые платформы, с которых бурят скважины

- Трубопроводы, связывающие скважину и сушу

- Наземные объекты для переработки и хранения нефти

Часто месторождения располагаются недалеко от берега, на так называемом шельфе. Шельф - это расположенная под водой часть материка, ограниченная берегом с одной стороны и бровкой - четкая линия вдоль которой глубина вод резко увеличивается - с другой. Глубина вод над бровкой варьируется в довольно широком диапазоне - от 100 метров до полутора километров, как, например, на юге Охотского моря.

Способ бурения, как правило, выбирают в первую очередь в зависимости от глубины (рис. 1). На небольшой глубине часто сооружают небольшие укрепленные строения, базируясь на которых, и бурят морское дно. Таким образом, нефть добывалась на Каспийских месторождениях. Но использование этого способа довольно рискованно в холодных водах. Существует шанс столкновения плавающих льдов с сооружением, что может привести к серьезным повреждениям. Подобный случай произошел в 1953 году, тогда ледяной массив уничтожил половину всех нефтедобывающих скважин в Каспийском море.

Реже применяется ныне неактуальная технология осушения прибрежной зоны. Суть способа состоит в окружении определенного небольшого участка дамбами и последующей откачке воды из этого участка.

Можно бурить скважину прямо с берега, если месторождение находится недалеко от него. Рекордная подобная скважина была пробурена в феврале 2008 года корпорацией Exxon Mobil в районе о. Сахалин. Протяженность ствола скважины составила 11680 м. Бурение проводили сначала вертикально, а затем горизонтально, в направлении месторождения.

2. Типы морских буровых установок

При больших глубинах вод применяют более сложные технологии бурения. При глубине до 40 метров применяют стационарные буровые платформы, если глубина достигает 80 метров, используют плавучие буровые установки (ПБУ) с опорами. При глубинах моря от 80 до 300 м бурят с ПБУ, которые стабилизируются якорной системой, удерживающей судно над устьем скважины при любых силе и направлении ветра и морского течения. При глубинах моря более 250-300 метров, когда якорная система стабилизации ПБУ неприемлема, применяют динамическую систему стабилизации ПБУ.

Система динамической стабилизации ПБУ не обеспечивает неподвижность ПБУ, но ограничивает его дрейф от скважины в радиусе, при котором изгиб бурильной колонны не вызывает появления опасных напряжений для ее прочности. При больших глубинах используют уже буровые суда. Рекорд бурения в глубоких водах был установлен компанией Transocean и ChevronTexaco на судне Discoverer Deel Seas в 2004 году, когда было начато бурение в Мексиканском заливе при глубине моря 3053 метра.

Северные моря отличаются сложными условиями, поэтому там чаще используются стационарные буровые платформы, удерживающиеся под водой благодаря тяжелым основаниям. К основания крепятся плавающие столбы, в которых можно хранить добытые ресурсы или оборудование. Эту конструкцию буксируют к месту использования и затапливают, а потом надстраивают остальную часть.

На современных платформах можно перемещать буровые установки для бурения максимального количества скважин с минимальными затратами. Задача инженеров при проектировании состоит в размещении максимального количества высокотехнологичного оборудования на минимальной площади. Для того, чтобы избежать влияния различных природных условий, таких как морозы, льды или волны, буровое оборудование можно устанавливать прямо на дне.

Рис. 1. Технологии, применяемы при бурении на разных глубинах

Рассмотрим подробнее технологии бурения скважин на акваториях и типы буровых установок.

Выделяют следующие способы бурения скважин на акваториях:

1. с морских стационарных платформ;

2. гравитационных морских стационарных платформ;

3. самоподъемных буровых установок;

4. полупогружных буровых установок;

5. буровых судов.

Морская стационарная платформа стоит на дне, и верхняя ее часть находится над уровнем воды (рис. 2). После завершения работ морская стационарная платформа остается на месте сооружения. Поэтому в ее конструкции предусмотрена водоотделяющая колонна, которая изолирует скважину от воды и соединяет устье с МСП. Устьевое оборудование монтируется также на МСП. Сооружение буксируют к месту постройки будущей скважины 4-5 буксиров. В хорошую погоду средняя скорость буксировки составляет 1,5-2,0 уз/час.

Рис. 2. Схемы МСП:

а -- четырехблочная МСП; 1 -- опорный блок; 2 -верхнее строение; 3 -- подвышенные конструкции; 4 -- буровая вышка; 5 -- причально-посадочное устройство; 6 -- водоотделяющая колонна (обсадная); 7 -- свайный фундамент; б -- двухблочная МСП; 1-- опорный блок; 2 -- верхнее строение; 3 -- причально-посадочное устройство; 4 -- буровая вышка; 5 -- водоотделяющая колонна; 6 -- свайный фундамент; в -- моноблочная МСП; 1 -- опорный блок; 2 -- верхнее строение, модули; 3 -- буровая вышка; 4 -- водоотделяющая колонна; 5 -- свайный фундамент; 6 -- причально-посадочное устройство

Гравитационная морская буровая платформа строится в глубоководных заливах и буксируется до точки эксплуатации. Она предназначена так же и для добычи и хранения нефти и отправки ее танкерами до мест переработки, как и для бурения скважин. На дне платформа удерживается благодаря большой собственной массе, поэтому никакие дополнительные устройства не нужны.

Когда месторождение разработано, все скважины консервируют, устройства отсоединяют от устья скважины, платформу отрывают от морского дна и буксирую до новой точки эксплуатации. Это - огромный плюс в сравнении с МСП, остающейся на месте разработке месторождения навсегда.

Самоподъемная плавучая буровая установка отличается достаточным запасом плавучести, что позволяет ее транспортировку вместе с буровым оборудованием, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. На дно СПБУ устанавливают с помощью специальных механизмов и опор(рис. 3). Корпус же поднимают выше уровня воды так, чтобы исключить влияние волн. Способы монтажа превенторных устройств и соединения устья скважины с площадкой аналогичны МСП. Обсадные колонны, подвешенные под столом ротора, обеспечивают более надежную эксплуатацию. После того, как бурение и освоение разведочной скважины завершено, устанавливают ликвидационные мосты и обрезают все обсадные колонны ниже уровня дна моря.

Полупогружная плавучая буровая установка доставляется на место бурения буксирными судами и удерживается якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. На месте понтоны, соединенные с корпусом стабилизирующими колоннами, заполняются необходимым количеством воды для затопления установки на расчетную глубину (рис. 4). Таким образом, снижается влияние волн на установку. Отсутствие жестокого крепления ко дну и, как следствие, подверженность качке делают использование водоотделяющей колонны невозможным. Поэтому для связывания устья с ППБУ используют телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения.

Когда скважина построена и готова к эксплуатации, ППБУ снимают с якорей и буксируют на новое место.

Буровое судно - наиболее мобильная буровая установка, позволяющая проводить бурение в наиболее глубоководных местах(рис. 5). БС включает в себя все необходимое буровое и вспомогательное оборудование и необходимый запас расходных материалов.

На точку бурение судно идет своим ходом, развивая скорость до 13 узлов в час. Для удержания над точкой бурения используют динамическую систему позиционирования. Она состоит из пяти подруливающих винтов и двух ходовых, постоянно находящихся в работе.

Рис. 3. Общая схема СПБУ

Превенторное оборудование крепится к морскому дну, когда БС уже зафиксировано на точке бурения. Оно соединено с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации смещений судна в процессе бурения.

Рис. 4 Общая схема ППБУ

Различные буровые установки возникли из-за разных условий и необходимости использования разных технологий на разных глубинах акваторий. Так, к примеру, плавучие установки полупогружного типа используются для бурения на глубинах до 300 м, в то время как самоподъемные буровые установки - только до 120 м.

При глубинах до 1500 метров используют буровые суда, отличающиеся большей маневренностью и скоростью перемещения, а главное, большей автономностью. Запас необходимых расходных материалов позволяет проводить бурение скважин без догрузки. А высокая скорость обеспечивает возможность быстрой перебазировки.

Однако в отличие от ППБУ БС больше подвержены качке, что несколько ограничивает их работоспособность. Допустимые значения вертикальной качки для БС - 3,6 м, а ППБУ - 5 м. И, так как благодаря частичному погружению нижних понтонов вертикальная качка ППБУ составляет лишь 20-30% от высоты волны, бурение с ППБУ возможно осуществлять при значительно большем волнении моря, чем при бурении с БС.

Рис. 5. Буровое судно

Новейшие разработки в области подводной добычи нефти представляют собой подводные эксплуатационные комплексы, имеющие нормальные атмосферные условия для работы операторов. Все необходимые материалы и оборудование доставляются судами снабжения.

3. Бурение на нефть и газ в арктических условиях

Существует три способа бурения в этих условиях: с плавучего судна, со льда, с установленной на дне платформы, способной противостоять действию льда. При отсутствии мощного ледового основания, с которого можно было бы осуществить бурение, и значительных глубинах используются массивные плавучие кессонные конструкции, способные функционировать продолжительное время без человека и противостоять действию волн, течений, льда и ветра. Для раскалывания крупных льдин и айсбергов используют вспомогательные суда. Если отвод айсберга затруднен, конструкция отсоединяется от дна и отводится в строну с помощью подруливающих устройств.

4. Условия бурения на море

Факторы, оказывающие влияние на процесс бурения, делят на естественные, технические и технологические. Наиболее сильно процесс бурения зависит от естественных факторов, решающих почти все: организацию работ, конструктивное исполнение техники, ее стоимость и пр. К естественным факторам относят гидрометеорологические, геоморфологические и горно-геологические.

Гидрометеорологические - все, что связаны с морем и погодой и климатом: колебания уровня воды, ледовый и температурный режимы, скорость течений, видимость.

Например, в прибрежных зонах арктических морей судоходство возможно лишь 2-2,5 месяца в году из-за наличия припайных массивов льда. Опасно бурение со льда в периоды его таяния и дрейфа, хотя дрейфующий лед и сглаживает волнение. Опасны и отрицательные температуры, вызывающие обледенение оборудования. Также ограничивает время бурения на море и снижение видимости. Влияние пониженной видимости на процесс бурения можно снизить, оснастив БУ радиолокационной техникой. Буровые установки подвержены влиянию течений, меняющих свою скорость и направление. Поэтому течения требуют контроля положения БУ и часто даже перестановки якорей. При течениях со скоростью выше 5 м/с приходится использовать динамическую систему позиционирования. Большую опасность представляют собой обрывистые, каменистые берега, не имеющие достаточно широкой зоны пляжа. При срыве неавтономной ПБУ с якорей во время шторма вблизи такого берега ее гибель практически неизбежна.

Горно-геологические условия характеризуются мощностью и физико-механическими свойствами горных пород, пересекаемых скважиной. Отложения шельфа обычно представлены рыхлыми породами с включением валунов. Мощность рыхлых отложений колеблется от 2 до 100м. мощность тех или иных горных отложений колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров, а удаление этих прослоек друг от друга по глубине не несет в себе никакой закономерности.

5. Аварии на платформах

Аварии при добыче нефти. Аварии в нефтедобывающем промысле возникают постоянно. Все они являются причинами загрязнения окружающей среды. Причины и последствия таких аварий варьируются очень сильно. Все зависит от конкретного стечения обстоятельств, можно сказать, что все они уникальны.

Частыми причинами аварий служат ошибки персонала, поломка оборудования или чрезвычайные природные явления, к примеру, шторма или землетрясения. Такие аварии опасны из-за тяжелейших последствий для окружающей среды. Крайне сильное воздействие оказывают они, случаясь на мелководьях или в местах с медленным водооборотом.

Аварии на стадии бурения. В основном они связаны с выбросами в процессе прохождения зон повышенного давления. Эти аварии условно можно разбить на две категории: интенсивный и длительный фонтанообразный выброс и частые, а главное - регулярные утечки углеводородов в процессе всего бурения.

Заключение

Двадцатое столетие было началом интенсивного развития исследования подводных недр морей и океанов на наличие полезных ископаемых и добычи нефти и газа в акваториях.

За какие-то сто лет промысел сделал огромный скачок вперед в своем развитии.

Были открыты значительные запасы углеводородов, которые являются основой для развития работ в XXI веке. Однако современные технологии все еще не позволяют реализовать все те знания о расположении месторождений. Существующие технические средства не отвечают в полной мере природно-климатическим условиям.

Поэтому развитие морского бурения будет продолжаться до тех пор, пока не будет исследовано все морское дно. А исследования не прекратят, по крайней мере, пока человечество нуждается в углеводородах, и скрыто их от нас гораздо больше чем найдено нами.

Список использованной литературы

1) Гаврилов B.П. Kладовая океана, M., 1983

2) Добрецов B.Б., Oсвоение минеральных ресурсов шельфа, Л., 1980

3) Лебедев О.А., Сидоров Н.А., Условия бурения и конструкции скважин на морских месторождениях, М., ВНИИОЭНГ, 1979

4) Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов, СПб., Недра, 2008

5) Коршак А.А. Диагностика объектов нефтеперекачивающих станций, Уфа, Дизайн Полиграф-Сервис, 2008

6) Мищевич В.И., Булатов А.И., Некоторые вопросы морского бурения за рубежем, М., ВНИИОЭНГ, 1975.

7) Проблемы исследования и освоения Mирового океана, Л., 1979.

8) Pазведка и эксплуатация морских нефтяных и газовых месторождений, M., 1978.

9) Tехнология добычи полезных ископаемых co дна озер, морей и океанов, M., 1979.

10) Чиков Б.M., Mинеральные ресурсы ложа Mирового океана, Hовосиб., 1983.

11) Шнюков E.Ф., Белодед P.M., Цемко B.П., Полезные ископаемые мирового океана, 2 изд., K., 1979.

12) Ясашин А.М., Бурение разведочных скважин при большой глубине моря, М., ВНИИОЭНГ, 1997.

Размещено на Allbest.ru